【摘要】：表面電磁波是一種在不同材料分界面附近傳輸?shù)奶厥怆姶拍Ｊ健２煌N類的材料組合可以支持不同類型表面電磁波的傳輸,其中表面等離極化激元、Dyakonov表面波與Tamm表面波是三種常見的表面電磁波類型。利用厚度在納米至微米量級的多層微納結(jié)構(gòu)可以對表面波耦合模進行調(diào)制,使超材料具有諸如負折射率、雙曲色散關(guān)系等多種傳統(tǒng)材料所不具備的超常光學特性,這些光學特性在亞波長成像、超透鏡、光學隱身技術(shù)、光譜技術(shù)、光探測、光子集成回路等多個領(lǐng)域均有著重要應用價值。本文探討了三層對稱微納結(jié)構(gòu)下Dyakonov耦合模的調(diào)制,并基于傳輸矩陣法,對因表面等離激元耦合模而導致的光學非定域性條件下多層金屬-電介質(zhì)超材料的等頻面類型、折射現(xiàn)象以及后向Tamm表面波的激發(fā)進行了探究,具體研究內(nèi)容如下:三層微納結(jié)構(gòu)Dyakonov耦合模的調(diào)控研究。推導了光軸任意方向條件下單軸各向異性介質(zhì)中電磁場的特征矢,給出了單軸各向異性-各向同性-單軸各向異性對稱三層微納結(jié)構(gòu)引導的Dyakonov耦合模特征矩陣和色散方程。通過計算Dyakonov耦合模的色散關(guān)系和在各層倏逝波的衰減系數(shù),給出了Dyakonov耦合模的截止條件,探討了中間層厚度對Dyakonov耦合模傳輸常數(shù)、偏振態(tài)以及傳輸方向范圍的調(diào)制。研究了不同傳輸方向Dyakonov耦合模的場分布�；诶忡R耦合結(jié)構(gòu),分析了Dyakonov耦合模的激發(fā)所導致的偏振轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。光學非定域條件下多層金屬-電介質(zhì)超材料等頻面的調(diào)控研究�；趥鬏斁仃嚪ê椭芷谛赃吔鐥l件,對多層微納結(jié)構(gòu)中傳輸?shù)臋M磁偏振Bloch波色散方程進行推導。計算不同頻率與結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下多層金屬-電介質(zhì)超材料在波矢空間所產(chǎn)生的類橢圓、I型和II型類雙曲等頻面。探究通過調(diào)整周期微元厚度實現(xiàn)有效介質(zhì)理論預測之外的等頻面類型,對各個類型等頻面對應的微元厚度區(qū)間以及臨界微元厚度的確立條件進行分析。此外還研究了不同金屬損耗條件下等頻面相對于無損情況出現(xiàn)的局部形變現(xiàn)象。計算了相應的場分布,并與有效介質(zhì)理論得到的結(jié)果進行了對比,以闡明表面等離激元耦合模的激發(fā)與多層金屬-電介質(zhì)超材料光學非定域性之間的聯(lián)系。橫磁偏振光在多層金屬-電介質(zhì)超材料中的折射現(xiàn)象的研究。通過等頻面,確定多層金屬-電介質(zhì)超材料中橫磁偏振模的群速度方向。進而對橫磁偏振光從均勻各向同性介質(zhì)入射多層金屬-電介質(zhì)超材料所產(chǎn)生的正單折射、負單折射和雙負折射現(xiàn)象進行研究。通過有限元法,對這些折射現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬。另外從金屬和電介質(zhì)薄層中的能流密度分布出發(fā),分別剖析了類雙曲和類橢圓等頻面導致的負折射現(xiàn)象的物理機制。基于多層金屬-電介質(zhì)超材料的后向Tamm表面波的研究。通過傳輸矩陣方法,本文推導了由多層金屬-電介質(zhì)超材料和均勻各向同性材料分界面引導的橫磁偏振Tamm表面波色散方程。討論了光學非定域性條件下微元厚度與金屬/電介質(zhì)薄層排列次序?qū)Ρ砻娌ㄉ㈥P(guān)系產(chǎn)生的影響,給出反常色散關(guān)系出現(xiàn)的條件。通過計算場分布和能流密度分布,探究了前/后向Tamm表面波與金屬-電介質(zhì)多層超材料中的表面等離激元耦合模之間的聯(lián)系。最后,基于有限元法驗證了Otto-Kretchmann結(jié)構(gòu)下前向與后向Tamm表面波的激發(fā)。
【圖文】：

圖 1-1 表面等離極化激元示意圖.1-1 Schematic diagram of Surface Plasmon Pola數(shù)對頻率變化較為敏感，因此 SPP 通常，在可見光范圍內(nèi)通常選取具有最小電和紫外頻率范圍內(nèi)可以選擇鋁[13-14]，近

(a) 各向同性與單軸各向異性電介質(zhì)分界面引導 DSW 示意圖，， (b) 通過棱鏡耦驗證 DSW 存在的實驗示意圖，(c)實驗中得到的 DSW 激發(fā)時的反射譜[79]。-3(a) DSW guided by the boundary of isotropic medium and uniaxial medium, (b) schiagram of experiment verifying DSW, (c) the reflection spectrum when DSW is exciteexperiment[79].了解決 DSW 傳播方向范圍過小的問題，人們對支持其傳播的匹配材
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O441.4;TB34

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本文編號：2599332